地鐵防淹門系統設計

張建偉

（廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣州 510010）

1 引言

下穿河流或湖泊等水域的地鐵隧道工程，應在進出水域的隧道兩端適當位置設防淹門或采取其他防水淹措施[1]。防淹門是地鐵線路穿越江河湖泊時防御水淹災害的重要安全設備，主要用于防范隧道破裂造成水流涌進隧道、車站導致的水淹災害，防淹門能阻止水災范圍的進一步擴大，以保護車站人員和設施的安全。本文根據實踐經驗，總結了防淹門設置需要考慮的風險因素、設置原則和控制系統構成，以及防淹門的土建設計及其與相關專業的接口設計等。

2 防淹門設置需要考慮的風險因素和設置原則

2.1 風險因素

（1）地鐵線路穿越的水域是否通航，通航等級的高低，是否有發生意外的沉船和拋錨等人為風險；（2）穿越的水域是否在河網節制閘門的保護范圍內，水量是否無限不可控，是否具備應急處置的條件；（3）水域的寬度、深度、水量、流速等，是否為區間隧道破壞的潛在危險源；（4）河道、河床的穩定性，是否經常變化；（5）設防水域百年一遇的設計水位、水域兩端車站的地下埋深，以及車站最低軌面標高是否低于河面最高水位；（6）地質災害風險，河道是否處于斷裂帶（斷層）或斷裂帶附近以及地震強度和頻度等[2]。

2.2 防淹門的布置原則

在理解相關規范內涵的基礎上，考慮上述風險因素，地鐵防范此類水淹災害的要求是：地鐵水災影響范圍必須得到控制，災害損失是可以預見的，并且是可以承受的。水災范圍可通過自然限定的條件（水源有限或車站軌面標高高于水面）進行控制，當自然條件無法限定時，可通過設防水域設施（如節制水閘）、地鐵內部設施（如防淹門、區間人防門）、外部人工堵截等方法進行控制。

當下穿河流湖泊等水域的地鐵隧道工程有很大的破裂風險，且地鐵內部區間人防門和外部措施不能及時控制水災范圍，無法判斷損失時，應設置防淹門控制風險，具體如下：（1）地鐵線路穿越通航（客輪、貨輪、游輪）河道（江河湖），且為主航道，存在沉船、拋錨及其他人為風險因素；（2）線路穿越的水域不在河網節制閘門的保護范圍內，水量無限不可控，外部無法采用止水圍堰或拋沙袋等人工截堵措施，內部采用區間人防門控制無法滿足驅動力和危險處置時間要求；（3）參考國內其他城市經驗，河道常年寬度大于100 m，常年水深大于4 m，河水的流速大于1.5m/s，河道經常改動，河床不穩定；（4）地質條件不好（有流沙、淤泥、軟土）、地質風險較大或河道處于斷裂帶（斷層）或斷裂帶附近、或位于地震高發的中強震的區域。

其他情況，應綜合工程的實際風險因素評估確認是否需要設置防淹門，也可以內部采用區間人防門兼顧防淹的措施，即在設防水域的隧道兩端設置區間人防門，并增設適當的監控輔助，此時應根據設防水頭驗算區間人防門的抗力，且人防門關門操作和密閉措施應更為快捷、有效；外部可采用起閉節制水閘、設置止水圍堰和拋沙袋等人工截堵（無堵塞航道導致的船舶航行危險）等措施。另外，穿越通航水域的隧道，應考慮未來一百年河床斷面受沖淤的變化對隧道安全的影響[3]，增加隧道埋深，合理擬定隧道頂部的覆土厚度。

3 防淹門系統的構成

地鐵防淹門主要有升降式和平開立轉式兩種類型，一般根據車站的土建條件選定。兩種類型的防淹門均由機械部分和控制系統兩部分組成。

3.1 機械部分

3.1.1 升降式防淹門

升降式防淹門機械部分由門體（門框、門扇、門槽埋件）、驅動系統和安全系統組成。

門扇為梁板結構，由槽鋼、工字鋼和面板組焊而成，門扇強度應根據設計水頭驗算；門扇底部與軌道配合設計，排水溝擋板與門扇連為一體，實現排水洞與門洞的同時關閉；門扇上設置直徑遞減、交錯布置的擠壓輪，增強設備運行的流暢性；門框、門槽埋件與門扇配合設計，門框上布置膠條和密封膠塊，門扇關閉后形成封閉環，保證門扇與門框之間的密閉。

防淹門驅動系統應安全可靠，在供電系統、控制系統或機械裝置出現故障時，吊住閘門不能出現下滑，啟閉設備設置手動開關門的操作裝置。升降式防淹門驅動系統有卷揚機、手電動葫蘆兩類。

升降式防淹門的安全系統主要包括擋板小車、電動推桿、軌道系統、下壓機構和下壓輔助機構，主要功能是平時開門狀態下承載門扇，保證列車運營安全和關門困難時可提供額外的下壓力。

3.1.2 平開立轉式防淹門

平開立轉式防淹門機械部分由門體（門框、門扇、門槽埋件）、閉鎖、鉸頁、驅動系統和安全系統組成。

門扇為雙面板+型鋼組成的梁板結構，其上布置膠條、閉鎖、支撐鎖定機構等，門扇通過閉鎖約束，左右兩側為主受力方向。閉鎖為明裝閉鎖，鎖頭數目根據抗力需求合理設置，密封梁及升降機構與閉鎖聯動。采用重載雙軸鉸頁，加強傳力路線上各部件強度。

驅動系統采用模塊化液壓直驅啟閉裝置，其結構簡單，安裝容差性好，液壓油缸配套成熟，滿足大啟閉力的要求。

平開立轉式防淹門設有液壓保壓系統、手動及電動機械鎖和自適應支撐裝置等，用以鎖定門扇。

3.2 控制系統

3.2.1 控制系統組成

在防淹門控制室內，每套防淹門系統設一面控制柜，控制柜由防淹門控制器（PLC）、電動機啟動主回路、I/O模塊、模擬模塊、繼電器、DC24V電源設備、端子排和按鈕、表示燈等組成，并應配置不間斷電源。

防淹門系統設置水位自動探測及報警裝置，探測裝置一般布置于區間隧道的廢水泵房集水井內，用于采集水位信息，水位信息按“三取二”邏輯自動確認，傳送至PLC，水位信息在防淹門控制柜上顯示、報警，并上傳至綜合監控系統，報警信號上傳至車控室綜合后備盤（IBP盤）及地鐵運行控制中心（OCC）。區間水位可按四級監視、兩級報警設置。

3.2.2 控制原理

防淹門控制系統是一套相對獨立的系統，具有中央、車站、就地三級監視和車站、就地二級控制功能，中央級、車站級監視功能應由綜合監控系統實現。

防淹門控制器設置車站層監控、就地監控兩種選擇方式。（1）車站層監控：綜合監控系統對本站防淹門狀態、區間水位及其上漲速度進行監視，并傳送至OCC。在車控室通過IBP盤可操作防淹門開/關門動作。（2）就地監控：就地監控具有區間水位采集處理、設備全運行狀態的監視和就地顯示及報警、電氣聯鎖和保護、就地操作防淹門開/關控制等功能，并利用PLC通信接口模塊、光纖、硬線實現與綜合監控系統的通信、與車控室IBP盤的連接及與信號系統的聯鎖。

當過江隧道發生水災觸發報警信號時，控制系統將報警信號報送至車站層綜合監控系統和車控室IBP盤，再由車站綜合監控系統上傳至中央級監控并報警。經綜合研判需要關閉防淹門時，操控IBP盤或就地控制器向信號系統發出“請求關門”信號，信號系統確認可以關門時，則封閉相應區段的信號機，向防淹門發出“允許關門”信號，然后才可以操作IBP盤或就地控制器，人工下達關門指令。

4 防淹門與其他專業接口設計

4.1 與綜合監控系統的接口

防淹門由其通信模塊與綜合監控系統的交換機連接，通信介質為光纜，接口界面在綜合監控室內的接線端子排，防淹門向車站綜合監控系統傳輸區間水位信息、報警信息、防淹門狀態信息，綜合監控負責對防淹門信息的采集、備份、顯示、實時查詢并形成運營報表，對故障信息進行報警及上傳至OCC。防淹門與車控室IBP盤接口硬線連接，接口界面在IBP盤接線端子排，防淹門向IBP盤傳輸水位報警和運行狀態信息，接收來自綜合監控系統的IBP盤控制指令，并能驅動IBP盤的指示燈、警鈴等。

4.2 與信號系統的接口

通過硬線連接方式，信號系統將控制電纜接線在防淹門控制器端子排上。防淹門向信號系統提供防淹門狀態信息，信號系統對防淹門狀態進行安全監測，納入聯鎖；當發生突發性水災事故，信號系統接收到防淹門發出的“請求關門”信號時，信號系統對設防區間進行檢索、分析，具備關門條件時向防淹門輸出“允許關門”信號。

4.3 與動力和照明專業的接口

防淹門配電為一級負荷，防淹門與動力和照明專業接口界面在防淹門控制室的配電箱端子排。防淹門提出用電負荷要求，動照提供電源切換箱，在防淹門控制室設置接地端子。防淹門控制室、設備間應設置正常照明和應急照明。

4.4 與通信專業的接口

在防淹門控制室內安裝一部電話，在緊急情況下便于與OCC、車控室及水災現場人員聯系，進行有效的調度。防淹門控制室和設備間（防淹門?？總龋{入通信專業的視頻監控范圍，通過視頻畫面車控室可實時監控防淹門的運行狀態，必要時，設防區間隧道內也可增設視頻監控設備，做到區間全覆蓋。

4.5 與軌道專業的接口

軌道專業應根據防淹門門檻結構進行道床設計，在門檻里程范圍內，不得設置軌枕。防淹門下門檻混凝土宜在架設軌排完成后方可澆筑，如必須先行澆筑，下門檻結構應根據鋼軌、扣件的安裝要求預留軌道槽。在防淹門一側的車站端頭設有集水坑和廢水泵房時，防淹門下門檻可不設置道床排水洞。

5 防淹門土建設計

1）根據車輛限界、環控（隧道活塞通風）專業的要求確定防淹門尺寸，防淹門尺寸宜統一設置，減少防淹門型號，根據土建條件選定防淹門類型。

2）防淹門位置宜避開線路的曲線段，不應設置在道岔區段內。防淹門應優先在設防水域隧道兩端的車站端頭設置，便于其控制設備與相關專業接口的實施以及運營期間設備的運行控制和檢修。如果防淹門必要地設置在了區間風井、明挖區間等位置，防淹門防護段應具備運營人員便捷到達的條件。

3）與防淹門受力相關的土建結構構件應進行人防組合工況和防淹組合工況計算，取其中不利結果進行設計。應根據設防水域百年一遇設計水位和防淹門設置處軌面標高來計算防淹設計水頭，由于地鐵防淹門結構不同于一般的水工建筑物，且該水淹災害發生概率極低，水淹荷載分項系數可以取1.0。

4）在緊鄰防淹門門體停放位置設防淹門控制室，控制室應設置在防淹門保護側?？刂剖业某叽鐟軡M足防淹門控制設備和液壓泵站的布置、操作和檢修要求。控制室應為封閉的空間，配置透明的觀察窗，能觀察到防淹門運行狀態。控制室應設置空調系統，保持干燥。

5）防淹門結構復雜，其預埋件較多，應充分考慮車站空間的局限性、設備尺寸、建筑布置和土建施工工法等因素，設計階段要準確表達預埋件的類型、數量、定位和預埋要求，施工階段要精準復核后才可預埋安裝。另外，應根據防淹門的安裝、調試和檢修要求，合理地設置吊環、鋼爬梯、防護欄桿、檢修人孔和設備運輸孔等。

6 結語

防淹門屬于地鐵發生重大事故時，救災模式下的安全設備，在基于各種風險因素科學評判的基礎上，宜優先選擇設置防淹門方案。防淹門設計涉及的專業較多，不僅包括設備本身的機械和控制系統設計，還有防淹門土建及其與相關專業的接口設計，因此，需要認真研究其上序專業的提資和下序專業的要求，保證防淹門設計的安全可靠。